CN101862182A - 使用偏振条纹投影的牙齿表面成像 - Google Patents

使用偏振条纹投影的牙齿表面成像 Download PDF

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Abstract

一种具有条纹图案生成器的口内成像设备，所述条纹图案生成器是可激励的，以用大约350-500纳米范围中的光发出具有预先确定的空间频率的条纹图案照射。在所述条纹图案照射的路径中的偏振器具有第一偏振透射轴。投影透镜被布置为将偏振的条纹图案照射作为入射照射朝牙齿表面引导。成像透镜被布置为沿检测路径引导在牙齿表面处反射和散射的光。分析器沿所述检测路径被布置，其具有第二偏振透射轴。沿所述检测路径被布置的检测器从经过所述分析器而被提供的光获得图像数据。控制逻辑处理器响应被编程的指令并且是可致动的，以根据从所述检测器获得的图像数据而调整所述条纹图案照射的一个或者多个部分上的强度。

Description

使用偏振条纹投影的牙齿表面成像
技术领域
本发明一般涉及使用结构光的诊断成像领域并且更具体地涉及用于使用条纹投影对牙齿及其他结构的表面进行三维成像的方法。
背景技术
条纹投影成像使用图案化的或者结构化的光以获得对各种类型的结构的表面轮廓信息。在条纹投影成像中，将干涉条纹或者光栅的线的图案从指定的方向朝对象的表面投影。来自所述表面的投影图案随后从另一个方向作为轮廓图像被查看，利用三角测量以便基于轮廓线的外观来分析表面信息。典型地将相位偏移用作条纹投影成像的一部分，在相位偏移时在空间上增量地移动所述投影图案用于在新的位置获得另外的测量，其被使用以便完成所述表面的轮廓映射并且增加所述轮廓图像中的总的分辨率。
条纹投影成像已经被有效地用于固态的、高度不透明的对象的表面轮廓成像并且已经被用于为人体的一些部分成像表面轮廓并且被用于获得关于皮肤结构的详细数据。然而，多个技术障碍已经妨碍了牙齿的条纹投影成像的有效使用。一个牙齿表面成像的特定挑战涉及牙齿半透明性。半透明的或者不完全半透明(semi-translucent)材料通常被认为对于条纹投影成像而言是特别困难的。半透明的结构中的子表面散射可以减小总的信噪比(S/N)并且偏移所述光强度，导致不精确的高度数据。另一个问题涉及各种牙齿表面的高度的反射。高度反射的材料，尤其是空心的反射结构可以有效地减小这种类型的成像的动态范围。
在条纹投影成像整体中，对比度典型地不足，且噪声作为显著的因素。为了提高对比度，许多条纹投影成像系统采取措施以减小所述轮廓图像中的噪声的数量。一般来说，对于使用条纹成像技术的精确的表面几何测量而言，重要的是获得直接从在试验中的结构的表面反射的光并且拒绝从位于所述表面以下的材料或者结构反射的光。这是通常被推荐用于半透明对象的3D表面扫描的方法。类似的方法必须被用于口内成像。
从光学的角度，牙齿自身的结构呈现对条纹投影成像的多个另外的挑战。如前所述，穿过牙齿表面以下的光趋向于在所述半透明的牙齿材料内经历显著的散射。此外，从牙齿表面以下的不透明结构(feature)的反射也可能发生，增加了使所感测的信号衰减的噪声并且因此使牙齿表面分析的任务进一步复杂。
已被尝试以使条纹投影可用于牙齿的轮廓成像的一种纠正措施是涂敷改变牙齿表面自身的反射特性的涂层。此处，为了补偿由牙齿的相对半透明性所导致的问题，多个常规的牙齿轮廓成像系统在表面轮廓成像之前将涂料或者反射粉末涂敷到牙齿表面。为了条纹投影成像的目的，该增加的步骤提高了牙齿的不透明度并且消除或者减小了前面所述的散射光效应。然而，这种类型的方法有缺陷。涂敷涂层粉末或者液体的步骤增加了牙齿轮廓成像过程的成本和时间。因为在整个牙齿表面上所述涂敷层的厚度常常是非一致的，所以测量误差易于产生。更重要地，在所涂敷的涂层促进轮廓成像的同时，其可能趋向于掩盖牙齿的其他问题并且可能因而减小可以获得的信息的总量。
然而，即使在牙齿的涂层或者其他类型的表面修整被使用的地方，由于牙齿表面的明显的轮廓，结果可能是令人失望的。可能难以提供足量的光到所有的牙齿表面上并且感测从所有的牙齿表面反射回的光。所述牙齿的不同表面可以被定向在相对于彼此90度处，使得难以引导足够的光用于准确地成像牙齿的所有部分。
已有使结构光表面轮廓成形技术适合于牙齿结构成像的问题的许多尝试。举例来说，Massen等人的题为“用于牙齿的三维测量的光探测器和方法(Optical Probe and Method for the Three-DimensionalSurveying of Teeth)”的美国专利No.5,372,502描述了使用LCD矩阵以形成用于到牙齿表面上的投影的条形图案。类似的方法由O’Keefe等人在题为“用于3D成像相机的前端(Front End for 3-D ImagingCamera)”的美国专利申请公开文本2007/0086762中描述。Trissel的题为“用于口内扫描的偏振复用器及方法(Polarizing Multiplexer andMethods for Intra-Oral Scanning)”的美国专利No.7,312,924描述了用于使用三角测量和偏振光对牙齿表面进行轮廓成形的方法，但是需要涂敷荧光涂层用于操作。类似地，Pfeiffer等人的题为“尤其为了牙科目的的用于记录表面结构的3D相机(3-D Camera for Recording SurfaceStructures，In Particular for Dental Purposes)”的美国专利No.6,885,464公开了使用三角测量的牙齿成像设备，但是也需要将不透明的粉末涂敷到牙齿表面用于成像。
可以理解的是：提供牙齿的精确表面轮廓成像而不需要为此目的涂敷附加的涂层或者牙齿表面的其他修整的设备和方法将有助于加速重建牙科学并且可以有助于降低常规方法的固有成本及不便，诸如用于获得牙冠、植入式或者其他修复结构的铸件或者其他表面轮廓的那些方法。
发明内容
本发明的目的是提高诊断成像技术，尤其对于口内成像应用。为了该目的，本发明提供了口内成像设备，所述设备包括：条纹图案生成器，所述条纹图案生成器是可激励的，以用大约350-500纳米范围中的光发出具有预先确定的空间频率的条纹图案照射；偏振器，所述偏振器在从条纹图案生成器发出的所述条纹图案照射的路径内并且具有第一偏振透射轴(transmission axis)；投影透镜，所述投影透镜被布置为将所述偏振条纹图案照射作为入射照射朝牙齿表面引导；成像透镜，所述成像透镜被布置为沿检测路径引导从所述牙齿表面处的所述入射照射反射的和散射的光中的至少一部分；分析器，所述分析器沿所述检测路径被布置并且具有第二偏振透射轴；检测器，所述检测器沿所述检测路径被布置，用于从经过所述分析器提供的光获得图像数据；以及控制逻辑处理器，所述控制逻辑处理器响应被编程的指令并且是可致动的，以从所述检测器获得图像数据以及根据所述获得的图像数据调整从所述条纹图案生成器发出的所述条纹图案照射的一个或者多个部分上的强度。
本发明的特征在于：其将合适的偏振及波长的光与变化亮度的条纹投影图案一起应用于牙齿轮廓成像的任务。
本发明的设备和方法所提供的优点涉及优于常规的轮廓成像方法的牙齿表面的改进的成像及较低的成本。不同于常规的方法，没有粉末或者其他不透明物质必须被涂敷于牙齿，作为用于轮廓成像的预备步骤。
仅通过示意性举例的方法来给出这些目的，并且这类目的可以是本发明的一个或者多个实施例的示范。通过所公开的发明自然地实现的其他期望的目标和优点可能被本领域的技术人员想到或者对于他们变得显而易见。通过随附的权利要求定义了本发明。
附图说明
如附图中所示的，从下列对本发明的实施例更具体的描述中，本发明的前述及其他目的、特征和优点将是显而易见的。所述附图的元件不必要相对于彼此成比例。
图1是一个实施例中使用偏振条纹投影成像的成像设备的示意图。
图2A是示出分析器的使用的框图，其中所述分析器的偏振轴平行于偏振条纹投影成像设备的偏振器。
图2B是示出分析器的使用的框图，其中所述分析器的偏振轴垂直于偏振条纹投影成像设备的偏振器。
图3A示出入射在牙齿上的照射的取决于偏振的反射和散射。
图3B是示出来自入射照射的反射光和散射光的相对强度的图。
图4A、4B和4C是用条纹投影成像所成像的牙齿的立体图，分别使用非偏振光、交叉偏振光和共偏振光(co-polarized)。
图5A是示出入射在牙齿上的照射的取决于波长的穿透的图。
图5B是示出具有不同波长的反射和散射光的相对强度的示意图。
图6是示出用于获得条纹投影成像中的共偏振光及交叉偏振光两者的成像设备的示意图。
图7是示出根据一个实施例的口内成像系统的部件的框图。
图8是示出如何将增加的亮度应用于在具有轮廓的表面的一部分成像场上改进成像的示意图。
图9A和9B示出一个实施例中为轮廓成像所生成的示范性的投影光图案。
图10是示出用于获得轮廓补偿图像的顺序的逻辑流程图。
图11是示出一个实施例中图案生成器的部件的示意性框图。
图12是一个实施例中使用偏振条纹投影成像的成像设备的示意图。
具体实施例
本文中所提供的图是为了示出根据本发明的操作的关键原理及部件沿它们各自的光路径的关系而给出的，而不是为了示出实际的大小或者比例的意图而画的。为了强调基本的结构关系或者操作的原理，一些放大可能是必需的。为了简化对发明本身的描述，将被需要用于实现所描述的实施例的一些常规的部件没有在附图中示出，举例来说，诸如被用于提供电源、用于组装、以及用于安装和保护系统光学器件的支持部件。在附图及下文中，用相同的参考标号标记相同的部件，并且已经被描述的、涉及部件及部件的布置或者相互作用的类似描述被省略。
在本公开内容的上下文中，术语“条纹图案照射”被用于描述结构照射的类型，该结构照射被用于条纹投影成像或者“轮廓”成像。作为图案特征，所述条纹图案本身可以包括以给定的周期重复出现的多个线条、圆周、曲线或者分布在被照射并且具有预先确定的空间频率的区域上的其他几何形状。
结构照射的图案中的光的线条或者其他特征的两个部分当它们的线条宽度在所述线条的长度上是相同地在不大于+/-15％以内时，可以被认为是大体上“尺寸上一致”。如随后将更详细地描述的那样，结构照射的图案的尺寸一致性是需要的，以保持一致的空间频率。
如在前面的背景技术部分中所描述的那样，用于条纹投影成像的常规方法由于多个原因而无法为牙齿组织提供良好的结果。当通过选择有利的光特性以及通过改进到高度轮廓(highly contoured)的牙齿表面的光传递的技术以条纹图案照射使用条纹投影成像时，本发明的设备和方法解决了(address)获得牙齿的图像的问题。
参考图1的示意性框图，用于使用结构光从牙齿20获得表面轮廓信息的口内成像设备10的实施例被示出。条纹图案生成器12是可激励的，以将所述结构光形成为条形图案照射并且将由此所形成的结构光作为入射光通过偏振器14和投影透镜16朝牙齿20投影。从牙齿20反射和散射的光通过成像透镜22和分析器28被提供给检测器30。在成像透镜22的成像平面处，检测器30沿检测路径88被布置。控制逻辑处理器34从检测器30接受反馈信息并且响应于此信息及其他数据而是可致动的，以实现图案生成器12的操作，如随后将更详细地描述的那样。
用于条纹投影成像的控制逻辑处理器34的一个功能是增量地偏移所述条纹的位置并且触发所述检测器以取得随后被用于计算牙齿表面的三维信息的图像。对于所述相位偏移条纹投影方法，典型地至少需要三个图像以便为计算所述对象的三维信息提供足够的信息。用于这三个投影图像的所述条纹的相对位置典型地被偏移三分之一条纹周期。控制逻辑处理器34可以是计算机、微处理器或者执行被编程的指令的其他专用逻辑处理设备。
图1的口内成像设备10将偏振光用于牙齿20的表面成像。偏振器14将来自条纹图案生成器12的条纹图案照射提供为线性偏振光。在一个实施例中，分析器28的透射轴平行于偏振器14的透射轴。使用这种布置，只有具有与所述条纹图案相同的偏振的光被提供给检测器30。在另一个实施例中，在到检测器30的反射光的路径中，分析器28根据需要被致动器18旋转至下列两个方位之一：
(a)与偏振器14相同的偏振透射轴。在该“共面偏振”位置上，检测器30获得从牙齿20的表面反射的镜面光，和从牙齿的珐琅质表面的表面层散射和反射的大部分光以及从牙齿的子表面部分散射回的一些光。分析器28的轴的共面偏振方位在图2A中示出。平行或者共面偏振提供优于其他配置的改进的对比度。
(b)相对于偏振器14垂直的偏振透射轴。使用所述正交偏振或者交叉偏振有助于减小来自所述牙齿表面的镜面成分并且获得更多来自牙齿的内部部分的散射光。所述分析器28的轴的交叉偏振方位在图2B中示出。
当用成像系统和传感器对牙齿进行成像时，对传感器可用的光可以是(i)从牙齿顶面反射的光；(ii)从牙齿的近表面体积或者部分散射或者反射的光；以及(iii)在牙齿内部散射的光。在本公开内容的上下文中，牙齿的“近表面体积”是位于离所述表面不超过几百微米内的牙齿结构的部分。
已知的是：从牙齿表面(i)反射的光，即镜面光，保持入射光的偏振状态。随着所述入射光进一步向所述牙齿内传播，所述光逐渐地被消偏振。
不利地，用于轮廓图案的镜面光(i)的一些部分可以入射在牙齿表面的更高度反射的部分上，甚至导致使光检测衰减的一定量的饱和度。不同于使用所有来自牙齿的光的常规方法，本发明的方法使用所述镜面光(i)和所述近表面反射光(ii)两者的至少一部分，并且避免在牙齿内深处散射的光(iii)。申请人已经发现：所述近表面光(ii)，尤其对于蓝色光和较短波长，仍然是大体上偏振的。因此，例如，从牙齿珐琅的表面层散射和反射的大部分光也具有与所述入射光和与所述镜面光(i)相同的偏振状态。
图3A示出为何本发明的设备和方法使用来自刚好在牙齿表面以下的散射的近表面光。当具有小尺寸的偏振光P0照射牙齿时，光P1中的一些以镜面方式从牙齿的表面被反射并且具有与照射光P0相同的偏振状态。照射光P0的其他部分进入牙齿，经受散射和消偏振。散射光P2中的一些离开接近照射区域的牙齿表面并且可以到达检测器30(图1)。
尤其重要的是，涉及结构光的图案特征的尺寸(诸如线条粗度)的散射光P2的空间“足迹”示出反射光P1的对应空间足迹上的增长。举例来说，在结构光图案由给定粗度的光的平行线条构成的地方，来自这些图案特征的反射光P1具有与所述投影的图案大体相同的粗度的线条。然而，所述散射光P2被检测为稍微增加的粗度的线条。就是说，由于光P2已经在牙齿内被散射，牙齿表面上的投影的足迹比与照射光束大小相同的镜面反射光的投影的足迹更宽。图3B的图形示出来自牙齿表面的光(P1)的足迹与来自牙齿内的光(P2)的足迹之间的差别。为了减小可能产生的测量误差，从牙齿内部被检测的光应当被最小化。申请人已经发现：偏振提供了用于将来自牙齿表面的镜面光(P1)与来自牙齿内部的散射光分开而同时仍然利用部分散射光(P2)的有效的鉴别器。
图4A-4C中所示的轮廓图像组给出了用于使用条纹投影获得和使用从牙齿返回的光的方法的比较。图4A示出使用非偏振光获得的牙齿20的轮廓图像。图4B示出了使用交叉偏振光的在一定程度上更差的图像，但是没有显现镜面反射。图4C示出当使用共偏振光时图像对比度的改进。该图像中的高亮度的区域是由于镜面反射。如这些图像所示，当从图像检测器阻隔交叉偏振光时，条纹对比度提高。
除了利用偏振光的有利特性，本发明的实施例也利用对应于朝牙齿引导的光的波长的不同量的反射。图5A示出如朝牙齿20引导的三个不同波长λ1，λ2，λ3。在λ1处的最短波长穿透牙齿最短距离。在λ2处的第二长的波长穿透牙齿更多的距离。最后，在λ3处的最长的波长穿透牙齿最远的距离。图5B的图形示出散射如何影响从每个波长在牙齿表面上的光的足迹。波长越长，足迹越大，导致更大的测量误差。举例来说，波长λ1可以是350到500纳米范围中的近UV或者蓝色光。举例来说，波长λ2可以是500到700纳米范围中的绿色光。举例来说，波长λ3可以是700纳米或者更高范围中的红色光或者IR光。因此，由于大约350-500纳米范围中的蓝色光或者近UV光提供到牙齿结构中的最少穿透，故在一个实施例中其证明是用于条纹投影成像的适合的光源。
对于图1的实施例，空间光调制器可以被用作条纹图案生成器12的一部分以为偏振的条纹投影成像提供所需要的偏移动作，如随后将更详细地描述的那样。条纹图案本身在成像期间被偏移到至少一个替代的位置，更优选地为两个或者更多替代的位置。光图案的这种偏移可以由独立致动器(未在图1中示出)导致，诸如压电的或者其他类型的致动器，该独立致动器是条纹图案生成器12的一部分，用于实现精准的增量移动。可替代地，在条纹图案生成器12使用空间光调制器的地方，这种偏移可以被电子地执行，不用条纹图案生成器12内的部件的机械运动。另外，另一个致动器18可以被放置用于向偏振器14或者分析器28(诸如图1中所示的那样)提供90度旋转以便获得共面偏振和交叉偏振图像。当使用LCD空间光调制器时，偏振也可以被旋转。
图6示出口内成像设备40的实施例，所述口内成像设备40使用平行和交叉偏振两者获得图像而不需要在图像捕获之间旋转偏振器14或者分析器28。偏振分光器36将反射光和散射光分开，将交叉偏振的光反射到检测器30b并且将共面偏振的光透射到检测器30a。
由于所述共面偏振的光和所述交叉偏振的光提供关于牙齿的表面和近表面的不同类型的信息，图6的成像设备40提供如下优点：使用两种偏振而不需要分析器28或者偏振器14的机械运动，结合来自正交偏振的结果以便获得改进的表面轮廓数据。
本文所描述的实施例中的检测器30、30a或30b可以是任何多种类型的图像感测阵列，举例来说诸如CCD器件。偏振器和分析器可以是线栅或者其他偏振类型。
在本发明的一个实施例中，所述成像设备以手持探测器的形式被组装，所述手持探测器可以容易地被放置在病人的口内而只有一点或者没有不适感。参考图7，包括以探测器形式的成像设备10的口内成像系统42被示出。所述探测器在有线或者无线数据通信信道上与控制逻辑处理器34通信，所述控制逻辑处理器34从共面偏振的和交叉偏振的投影条纹中任何一个或者两者获得图像。控制逻辑处理器34提供输出图像数据，所述输出图像数据可以作为数据文件被存储并且在显示器38上被显示。
如在背景技术部分中所述的那样，牙齿的明显的轮廓包括相对于彼此陡直地倾斜的表面，使得将足够的光引导到每个表面上的任务变得复杂。作为结果，牙齿的一些表面可能不提供足够的3D信息。参考图8，该问题相对于牙齿20的背面26被表示。来自成像设备10的图案化的光在牙齿20上生成轮廓检测条纹图案44，如盒体B中所示的那样。条纹图案44对于获得顶面区域上的3D图像内容足够亮，如在区域52上所描绘的那样；然而，对应于牙齿20的背面26并且被描绘成较暗区域54的背部表面区域被非常模糊地照射。这最多仅允许背面26的轮廓的粗略估计。
为了补偿使用常规条纹投影图案技术的这种亮度的不足，本发明的实施例在给定区域上选择性地提高条纹图案照射的光强度。在图8中，条纹图案50被示出具有两个不同的区域，通过它们的相对光强度而被区分。在条纹图案50中，第一强度56被提供用于诸如轮廓成像更容易地可接近的顶面区域的表面的条纹投影成像。为了示例所示出的高于第一强度56并且如在图8中用较深的线条指示的第二强度58被提供用于牙齿的背部表面区域。应当被观察到的是：在该示例中作为图案特征的投影轮廓线条的实际图案特征间隔和粗度在该实施例中没有被改变。条纹图案50的相同空间频率被保持。这意味着所述轮廓图案、即条纹图案50，保持尺寸上的一致，且各个线条或者其他图案特征仅在强度上而不是在尺寸或者间隔(周期)上变化。只有一个或者多个区域上的条纹图案照射的相对强度在需要的地方被提高。举例来说，沿结构光条纹图案50内的任何一条线，可能存在任何数量的强度，诸如在图8中示出为第一和第二强度56和58的两个强度。条纹图案内的线条粗度不改变，所述条纹图案的空间频率被保持。
保持所述条纹图案的尺寸一致性及空间频率对于轮廓成像是有利的，因为其在全部像场上提供了一致的分辨率。其他技术被提议用于改变图案尺寸本身，诸如加粗特定区域上的图案线条；然而，因为当使用这类技术时所述条纹图案的空间频率改变，所获得的轮廓图像的结果的分辨率是非一致的。就图8中给出的示例条纹图案50而言，如下是有启发性的：观察到如果被指示为第二强度58的区域实际上使用更粗的线条，则结果的轮廓图像将在该区域上遭受减小的分辨率。通过将条纹图案50的线条保持为尺寸上一致并且仅增加该实例中提供第二强度58的光的强度，本发明的实施例在较暗的区域上提供增加的照射而没有分辨率的损失。
图8的示意图示出简化的情况，其中条纹图案50通过使用两个不同的强度56和58补偿表面陡度。图9A和9B示出使用多于两个光强度的其他可能的布置的示例。例如，在图9A中，用于条纹图案照射的光可以具有第一强度56，第二强度58或者在该示例中表示为最高强度的第三强度66。在图9B中，光可以分别具有第一、第二或者第三强度56、58或者66，或者具有甚至更高的第四强度68，如所示出的那样。所述光强度可以沿任何单个图案特征变化，诸如沿投影的条纹图案50中的单个线条。
除了相对于成像设备10的位置增加牙齿表面的较暗区域上的光强度以外，也有可能减小可能存在高度镜面反射的区域上的光强度，该高度镜面反射否则会引起所述检测器的饱和度。此外，必须被强调的是：改变的是所述投影的光图案的一个或者多个位置上的光强度；与空间频率相关的线条粗度及间隔两者对于不同强度保持相同。
再次参考图1和/或者图6，所述投影的图案上的光强度可以通过响应于被编程的指令而借助于来自控制逻辑处理器34的命令来控制条纹图案生成器12，以及借助于从控制逻辑处理器34提供到相关的控制部件的信号而被改变。在一个实施例中，条纹图案生成器12是数字微镜装置(DMD)。随后，可以通过使用脉宽调制(PWM)提高DMD的可旋转镜的有效占空比而在投影条纹图案50的任何部分上增加强度，以便源照射在条纹图案的特定部分上被提供适量的时间。照射强度调整的其他方法将请求LCD以及其他透射和发射空间光调制器，使用成像领域的技术人员所熟悉的光调制技术。
再次参考图7，控制逻辑处理器34被以指令编程，该指令根据成像条件自动地调整条纹图案50中的线条或者其他特征的局部强度。
图10的逻辑流程图示出一个实施例中被用于自适应条纹投影成像的步骤的顺序。在初始步骤60中，第一参考图像被获得。所述参考图像可以是轮廓图像，通过将结构光投影到牙齿表面上而形成。可替代地，所述参考图像可以是从光的均匀场到所述牙齿表面的投影所获得的常规二维图像。所获得的参考图像可以处于全分辨率；可替代地，由于所述参考图像没有被直接用于成像而代替地被用于确定在每个表面区域上所返回的光的总量，故所述参考图像可以处于较低分辨率。
仍然参考图10，接着是分析步骤64，其中来自所述感测的参考图像的不足够亮的区域被标识。对于牙齿成像应用，分析步骤64可以利用关于牙齿结构的已知数据。例如，操作者可以用标号来标识所述牙齿或者提供在分析步骤64中被使用的其他信息。映射生成步骤70随后被执行，其中较高或者较小强度的区域根据所述第一参考图像而被定义。就图9A和9B而言，步骤70随后设置可变强度条纹图案50。图像捕获步骤74随后将生成的条纹图案50用于获得具有如关于图8所描述的具有增加的亮度的轮廓图像。图像捕获步骤74之后可以是可选的循环步骤76，所述循环步骤76重复映射生成步骤70的分析以便生成第二或者其他附加的映射，以便可以用强度的适当改变来偏移所述投影的结构照射图案，一次或者多次。这种偏移被完成以便使用条纹投影技术获得牙齿轮廓的更精确的评估。单独获得的轮廓图像被结合以获得表面结构信息，使用成像领域中众所周知的技术。在一个实施例中，图像捕获步骤74也包括激励致动器18(图1)以便使用共面偏振(如在图2A中那样)及交叉偏振(图2B)两者获得图像。
图11是示出一个实施例中的条纹图案生成器12的部件的示意性框图。空间光调制器84，诸如数字微镜装置(DMD)、液晶装置(LCD)或者其他类型的光调制器阵列或者光栅，根据来自控制逻辑处理器34的控制信号形成图案。通过一个或者多个光元件82调节，诸如光均匀器(uniformizer)和透镜元件，光源80向空间光调制器84提供入射光。在该实施例中的空间光调制器84可以是如图11所示的透射装置或者诸如DMD的反射装置。控制逻辑处理器34响应如前面参考图8所描述的在初始的参考图像中被返回的光亮度的图案44来控制形成在空间光调制器84上的条纹图案中的图案特征的强度。
在图11所示的实施例中，光源80可以是的固态光源，诸如发光二极管(LED)或者激光器，或者可以是灯或者其他光源。在350-500纳米范围中的蓝色光或者近UV光被用于提供来自牙齿的近表面部分的可用的图像内容，如前面所描述的那样。在备选的实施例中，光源80没有被使用并且发射阵列，诸如有机LED(OLED)，被用于来自单个部件的图案生成。
图12的示意图示出本发明的另一个实施例，其中滤波器90，诸如透射350-500纳米范围中的蓝色光或者近UV光并且使其他光衰减的带通滤波器，被放置在成像路径中。该实施例可能对环境中的因素不很敏感，诸如来自空间中其他装置的杂散光。在该实施例中，条纹图案生成器12内的光源80(图11)可以是宽带的，即延伸远超过350-500纳米范围，或者是窄带的，即主要发射蓝色光及近UV光。
本发明的实施例通过利用光的特性及空间光调制器的能力来为牙齿提供改进的轮廓成像，所述光的特性及空间光调制器的能力用于形成具有响应于牙齿表面特性中的变化性的合适光强度的自适应条纹投影图案。本发明的设备和方法通过使用短波长光及通过采用偏振光的原理来补偿与牙齿的半透明性相关的问题。当合适波长及偏振状态的光被提供以适合的强度布置时，可以实现高度轮廓的牙齿表面的更准确的指示器(indicator)。
使用本发明的设备和方法获得的表面轮廓图像可以以多种方式被使用。轮廓数据可以被输入用于处理和生成修复结构的系统中或者可以被用于验证实验室技术员或者牙科器具的其他制作者的工作。该方法可以被用作减小或者消除在一些情况下获得压痕(impression)的需要的系统或者过程的一部分，降低牙科护理的整体花费。因此，使用该方法和设备所执行的成像可以有助于实现需要较少或者不需要由牙医进行的调整或者装配(fitting)的高级装配修补装置(superiorfitting prosthetic device)。从另一方面，本发明的设备和方法可以被用于牙齿、支持结构以及咬合情况(bite condition)的长期跟踪，有助于诊断和防止更严重的健康问题。整体而言，使用该系统生成的数据可以被用于帮助改进病人和牙医之间以及牙医、工作人员和实验室装备之间的沟通。
有利地，本发明的设备和方法提供用于牙齿及其他牙齿特征的3D成像而不需要为牙齿表面使用专门的粉末或者涂敷一些其他临时涂层的口内成像系统。该系统提供高的分辨率，在一个实施例中在25-50微米范围内。
已经具体地参考当前优选的实施例详细地描述了本发明，但是将理解的是：变化和修改可以在本发明的精神和范围内实现。举例来说，任何多种不同类型的空间光调制器可以被用作条纹图案生成器的一部分。因此，当前所公开的实施例在所有方面而言都是示意性的而不是限制性的。本发明的范围由随附的权利要求指出，并且落在其等同物的含义和范围中的所有改变都是意在被包含在本文中。
部件列表
10            成像设备
12            条纹图案生成器
14            偏振器
16            透镜
18            致动器
20            牙齿
22            透镜
26            背面
28            分析器
30，30a，30b  检测器
34            控制逻辑处理器
36            偏振分光器
38            显示器
40            成像设备
42            口内成像系统
44            图案
50            条纹图案
52，54        区域
56            第一强度
58            第二强度
60            初始步骤
64            分析步骤
66            第三强度
68            第四强度
70            映射生成步骤
74            图像捕获步骤
76            循环步骤
80            光源
82            光元件
84            空间光调制器
88            检测路径
90            滤波器
B             盒体
P0，P1，P2    偏振光
λ1，λ2，λ3 波长。

Claims (10)

1.一种口内成像设备，所述设备包括：
条纹图案生成器，所述条纹图案生成器是可激励的，以用大约350-500纳米范围中的光发出具有预先确定的空间频率的条纹图案照射；
偏振器，所述偏振器被布置在从所述条纹图案生成器发出的所述条纹图案照射的路径中并且具有第一偏振透射轴；
投影透镜，所述投影透镜被布置以将所述偏振的条纹图案照射作为入射照射朝牙齿表面引导；
成像透镜，所述成像透镜被布置为沿检测路径引导从所述牙齿表面处的所述入射照射反射和散射的光的至少一部分；
分析器，所述分析器沿所述检测路径被布置并且具有第二偏振透射轴；
检测器，所述检测器沿所述检测路径被布置，用于从经过所述分析器而被提供的光获得图像数据；以及
控制逻辑处理器，所述控制逻辑处理器响应被编程的指令并且是可致动的，以从所述检测器获得图像数据并且根据所述获得的图像数据调整从所述条纹图案生成器发出的所述条纹图案照射的一个或者多个部分上的强度。
2.如权利要求1所述的成像设备，其特征在于，其中所述第二偏振透射轴平行于所述第一偏振透射轴。
3.如权利要求1所述的成像设备，其特征在于，其中所述第二偏振透射轴垂直于所述第一偏振透射轴。
4.如权利要求1所述的成像设备，其特征在于，所述成像设备还包括致动器，所述致动器被耦合到所述偏振器或者所述分析器并且是可激励的，以将所述耦合的偏振器或者分析器旋转至两个位置中的一个，大体上分开90度。
5.如权利要求1所述的成像设备，其特征在于，其中所述分析器是偏振分光器，并且其中所述检测器是被布置以接收经过所述偏振分光器所透射的光的第一检测器，以及所述成像设备还包括被布置以接收从所述偏振分光器反射的光的第二检测器。
6.如权利要求1所述的成像设备，其特征在于，其中所述条纹图案生成器包括光栅。
7.如权利要求1所述的成像设备，其特征在于，其中所述条纹图案生成器包括空间光调制器。
8.如权利要求7所述的成像设备，其特征在于，其中所述空间光调制器取自由数字微镜装置和液晶装置构成的组。
9.如权利要求1所述的成像设备，其特征在于，其中所述条纹图案生成器包括形成和发出所述条纹图案的发射装置。
10.如权利要求1所述的成像设备，其特征在于，所述成像设备还包括滤波器，所述滤波器沿所述检测路径被布置，用于透射在350-500纳米范围中的光。
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